DE4022025A1 - Selbsttaetiger stromunterbrecher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Stromausschalter, der beim Eintauchen automatisch wirksam wird und bezieht sich insbes. auf einen selbsttätigen Stromunterbrecher, der als Sicherheits­ vorrichtung in einen Föhn oder dergleichen eingebaut werden kann, um die Stromzufuhr sofort zu unterbrechen, wenn der Föhn z. B. in eine gefüllte Badewanne fällt.

Elektrogeräte, wie Haartrockner werden nämlich häufig in einer Umgebung mit hoher Luftfeuchtigkeit benutzt, so daß die darin verwendeten elektrischen Bauelemente wasserdicht sein müssen.

Ferner ist für die Stromzufuhrschaltung im allgemeinen eine Schutzschaltung vorgesehen, um die Stromzufuhr bei Überschrei­ ten eines vorher bestimmten Wertes des Abgabestroms zu unter­ brechen und die Schaltung zu schützen.

Da ein Föhn mit Elektrizität arbeitet, gebietet es der gesunde Menschenverstand, Wasser zu meiden, und trotzdem benutzt man neuerdings einen Föhn sogar im Badezimmer. Wenn dann aber der unter Strom stehende Föhn ins Wasser fällt, erhält der Benutzer einen elektrischen Schlag, selbst wenn wasserdichte Elemente und die genannte Stromschutzschaltung im Föhn vorgesehen sind. Ein solcher Föhn ist also sehr gefährlich.

In der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-2 81 097 ist ein auto­ matischer Stromunterbrecher für diese Art von Elektrogeräten offenbart.

Ein Beispiel eines solchen herkömmlichen selbsttätigen Strom­ unterbrechers ist im Schaltkreisdiagramm der Fig. 16 gezeigt. Dort ist eine Relais R zwischen die Stromzufuhr und einen Ver­ braucher geschaltet, und seine Kontakte sind ständig eingeschal­ tet. Das Relais R weist ein erstes und ein zweites Solenoid S1 und S2 auf, zwischen die ein Wasserfühler WS in Reihe geschal­ tet ist. Dieser Wasserfühler WS hat zwei Elektroden Pa und Pb sowie einen Isolator H, der Wasser enthalten kann. Der Wasser­ fühler ist in der Nähe einer der Außenwand W des Elektrogerätes vorgesehenen Öffnung M angeordnet. Wenn dies Elektrogerät ins Wasser fällt, werden die beiden Elektroden durch das durch die Öffnung M eintretende Wasser kurzgeschlossen, wodurch die beiden Solenoide des Relais elektrisch verbunden werden, so daß ein einziges in Reihe gechaltetes Solenoid entsteht. Die beiden Endes des einzigen Solenoids sind an die Stromleitungen ange­ schlossen und folglich ist das Solenoid erregt. Die Verbindung zwischen dem Ausgang der Stromquelle und dem Eingangsanschluß des Verbrauchers wird dementsprechend unterbrochen.

Da der Isolator, der Wasser enthalten kann, zwischen den beiden Elektroden des Wasserfühlers angeordnet ist, hält der Isolator Wasser, um die Stromzufuhr selbst dann noch abgeschaltet zu halten, wenn das Elektrogerät aus dem Wasser gezogen wird. Trocknet aber der Isolator, der Wasser enthalten kann, so werden die beiden Elektroden voneinander isoliert, damit dem Solenoid keine Elektrizität zugeführt werden kann. Das bedeutet, daß das Abschalten der Stromzufuhr aufgehoben wird, mit anderen Worten, der Verbraucher wird elektrisch an die Stromquelle angeschlossen.

Das in bekannten selbsttätigen Stromunterbrechern vorgesehene Relais unterbindet die Stromzufuhr sofort bei der Erregung der Spule, während die Stromzufuhr mit dem Verbraucher unmittelbar dann verbunden wird, wenn die Erregung der Spule aufhört. Da das Meßfühlerelement über die Spulen unmittelbar an die Eingangs­ stromquelle angeschlossen ist, wird aus dem Meßfühlerelement ein erregter Teil, d. h. dieser Teil ist selbst dann erregt, wenn der Verbraucher von der Stromquelle abgeschaltet ist. Wenn also das Elektrogerät naß ist, obwohl es bereits aus dem Wasser herausgezogen wurde, muß die Stromzufuhr abgeschaltet bleiben. Der Wasserfühler für den selbsttätigen Stromunterbrecher dieser Art benötigt also ein Mittel, welches Wasser halten kann, bei­ spielsweise Baumwollfasern.

Da der in herkönmlichen selbsttätigen Stromunterbrechern vorge­ sehene Wasserfühler ein großes Volumen einnimmt, ist es schwer Wasser oder das Eintauchen an vielen Stellen festzustellen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Relais zur Verfügung zu stellen, welches aus dem Erregungszustand in den Abfallzustand übergeht, wenn eine Spule des Relais erregt wird und welches den Abfallzustand selbst dann beibehält, wenn die Erregung der Spule aufhört und diesen Abfallzustand nur dann aufgeben kann, wenn ein bewegliches Element durch Kraft von außen zwangsweise bewegt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen selbsttätigen Strom­ unterbrecher zu schaffen, der unmittelbar beim Eintauchen eines Wasserfühlers die Stromzufuhr unterbricht, so daß ein Lastschaltkreis durch Betätigung einer Spule abgeschaltet und gleichzeitig ein Teil des Wasserfühlers ein nicht erregter Teil wird. Dabei soll, selbst nach dem Herausziehen aus dem Wasser, der Wasserfühler abgeschaltet bleiben und der Ausschaltzustand des Wasserfühlers jederzeit aufhebbar sein.

Aufgabe der Erfindung ist es auch, einen Wasserfühler zur Ver­ fügung zu stellen, der Wasser an vielen Punkten wahrnehmen kann.

Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben wird ein Relais geschaffen, welches einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß, einen ersten und einen zweiten Ausgangsan­ schluß, einen ersten und einen zweiten Meßfehleranschluß, eine erste Spule, die mit einem Ende mit dem ersten Meßfühleran­ schluß verbunden ist, eine zweite Spule, die mit einem Ende mit dem zweiten Meßfühleranschluß verbunden ist, einen ersten Kontakt zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem ersten Ausgangsanschluß, einen zweiten Kontakt zum Herstellen einer elektrischen Verbin­ dung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem zweiten Aus­ gangsanschluß, eine erste und eine zweite Federplatte jeweils zum Öffnen und Schließen des entsprechenden der beiden Kontakte, und ein bewegliches Element aufweist, welches, wenn Strom durch beide Spulen fließt, seine Stellung, in der es an beiden Federplatten anliegt, ändert, so daß es durch seine Be­ wegung beide Kontakte öffnet, wodurch Strom durch die beiden Spulen fließt, wenn die beiden Meßfühleranschlüsse miteinander elektrisch verbunden sind. Dieses Relais zeichnet sich dadurch aus, daß das bewegliche Element einen ersten und einen zweiten Teil hat, die voneinander getrennt sind, wobei der erste Teil zwischen einer ersten stabilen Stellung, die dem Zustand ent­ spricht, bei dem beide Kontakte geschlossen sind, und einer zweiten stabilen Stellung bewegbar ist, die dem Zustand ent­ spricht, bei dem beide Kontakte geöffnet sind, während das bewegliche Element an den beiden Federplatten anliegt. Außerdem kann der zweite Teil den ersten Teil schieben, so daß beim Auf­ bringen einer äußeren Kraft der erste Teil aus der zweiten stabilen Stellung in die erste stabile Stellung gebracht wird, während der zweite Teil ständig von einer Feder vom ersten Teil weg vorgespannt ist. Die beidne Teile sind dabei so angeordnet, daß sie voneinander um eine Entfernung getrennt werden können, die dem Hub des ersten Teils entspricht, wenn dieser sich in der ersten stabilen Stellung befindet. Der erste Teil des be­ weglichen Elements wird durch die Magnetkraft der Spule aus der ersten in die zweite stabile Stellung bewegt, wenn die Meßfühler­ anschlüsse miteinander elektrisch verbunden werden.

Es wird auch ein selbsttätiger Stromunterbrecher vorgeschlagen, der so gestaltet ist, daß mit dem ersten und zweiten Eingangs­ anschluß des genannten Relais eine Stromquelle verbunden ist und daß ein Verbraucher bzw. eine Last mit dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß verbunden ist. Die anderen Enden der ersten und zweiten Spule sind mit dem ersten bzw. zweiten Aus­ gangsanschluß verbunden und ein Wasserfühler, der leitet, wenn er untergetaucht ist, ist mit dem ersten und zweiten Meßfühler­ anschluß verbunden.

Ferner wird zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Auf­ gabe ein Wasserfühler vorgeschlagen, der ein Gitter enthält, welches aus einem Isolator und zwei Leitern besteht, die von­ einander isoliert und in dem Gitter so angeordnet sind, daß eine Vielzahl von Wassern wahrnehmenden Punkten entsteht, die jeweils aus einem Bereich bestehen, in welchem die beiden Leiter einander bis auf eine Entfernung von 5 mm oder weniger nahekonmen, wobei die beiden Leiter, wenn die das Wasser fest­ stellenden Punkte eintauchen, elektrisch verbunden werden, um Wasser oder ein Eintauchen wahrzunehmen.

Wenn dieser Wasserfühler mit den beiden Meßfühleranschlüssen des vorstehend beschriebenen Relais verbunden wird, entsteht der beabsichtigte selbsttätige Stromunterbrecher.

Läßt man ein mit diesem selbsttätigen Stromunterbrecher ver­ sehenes Elektrogerät in Wasser fallen, so taucht auch der Wasserfühler unter. Da der Wasserfühler die genannten Leiter enthält, die einander an einer Vielzahl von Punkten nahekommen, werden, wenn mindestens zwei dieser Punkte untergetaucht sind, die beiden Leiter elektrisch miteinander durch Wasser verbun­ den, selbst wenn nicht das ganze elektrische Gerät unterge­ taucht ist.

Es fließt also Strom durch die beiden Spulen des Relais, und der erste bewegliche Teil wird aus der ersten stabilen Stellung in die zweiten stabile Stellung bewegt. Das bedeutet, daß die Kontakte des Relais geöffnet und die Eingangs- und Ausgangs­ seite des Relais abgetrennt wird. Wenn das Elektrogerät aus dem Wasser herausgezogen wird und beide Leiter sowie der Wasser­ fühler nichtleitend sind, geht die Erregungskraft der Spule verloren. Die Feder drückt nicht auf den ersten beweglichen Teil, die Richtung der von der Feder ausgeübten Kraft auf den zweiten beweglichen Teil ist diejenige Richtung, in der der zweite bewegliche Teil vom ersten beweglichen Teil wegbewegt wird. Folglich unterscheidet sich der erste bewegliche Teile von einem gewöhnlichen Relais und wird auch dann nicht in die erste stabile Position zurückgestellt, wenn die die Spule er­ regende Kraft aufhört. Wenn also das Elektrogerät aus dem Wasser herausgezogen wird und noch naß ist, kann der Benutzer keinen elektrischen Schlag erhalten, selbst wenn er das Gerät berührt. Nachdem das Elektrogerät ausreichend getrocknet worden ist, wird auf den zweiten beweglichen Teil des Relais von außen eine Kraft aufgebracht, um diesen entgegen der Kraft der Feder zum ersten beweglichen Teil zu bringen, so daß der erste beweg­ liche Teil zurückgeschoben wird. Der erste bewegliche Teil wird also wieder aus der zweiten stabilen Stellung in die erste stabile Stellung gebracht. Damit wird die an die Eingangsan­ schluß des Relais angeschlossene Stromquelle mit dem Verbrau­ cher verbunden, der am Ausgangsanschluß des Relais liegt.

Im folgenden ist die Erfindung mit weiteren vorteilhaften Einzelheiten anhand schematisch dargestellter Ausführungsbei­ spiele näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm eines Ausführungsbeispiels eines selbst­ tätigen Stromunterbrechers mit Relais gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vor­ richtung, in der die Position eines ersten Teils eines beweglichen Elements dargestellt ist, wenn die Kontakte eines Relais gemäß der Erfindung geschlossen sind;

Fig. 3 eine Ansicht des Relais aus Fig. 2 von links gesehen;

Fig. 4 einen Teilschnitt, der die Stellung des ersten Teils des beweglichen Elements darstellt, wenn die Kontakte des Relais gemäß Fig. 2 offen sind;

Fig. 5 das Relais von Fig. 2 von vorne gesehen;

Fig. 6 das Relais aus Fig. 2 von oben gesehen;

Fig. 7 das Relais aus Fig. 2 von rechts gesehen;

Fig. 8 einen Schnitt durch die Verbindungsstelle zwischen einem Stromeingangsanschluß und einer Stromzufuhr­ leitung des Relais;

Fig. 9 eine teilweise weggeschnittene, perspektivische An­ sicht eines Föhns mit einem Relais, einem Wasser­ fühler und einem selbsttätigen Stromunterbrecher gemäß der Erfindung;

Fig. 10 einen Schnitt durch einen Wasserfühler;

Fig. 11 eine Vorderansicht des Wasserfühlers von der Innen­ seite des Elektrogerätes aus gesehen;

Fig. 12 und 13 vergrößerte Schnitte zur Darstellung einer Nut im Wasserfühler;

Fig. 14 und 15 Vorderansichten eines anderen Ausführungsbei­ spiels eines Wasserfühlers; und

Fig. 16 ein Schaltkreisdiagramm eines Beispiels eines her­ kömmlichen selbsttätigen Stromunterbrechers.

Wie aus den Zeichnungen hervorgeht, weist ein mit einer wasser­ dichten Umhüllung 2 versehenes Relais 1 einen ersten und einen zweiten Eingangsanschluß 3a und 3b, einen ersten und einen zweiten Ausgangsanschluß 4a und 4b, einen ersten und zweiten Meßfühleranschluß 5a und 5b, eine erste und eine zweite Spule 6a und 6b, einen ersten und einen zweiten Kontakt 7a und 7b, eine erste und eine zweite Federplatte 8a und 8b sowie ein be­ wegliches Element mit einem ersten und einem zweiten Teil 9a und 9b auf. Die beiden Eingangsanschlüsse 3a und 3b sind mit einer Stromquelle und die beiden Ausgangsanschlüsse 4a und 4b mit einer Last oder einem Verbraucher verbunden, der beispiels­ weise ein Heizgerät, ein Lüfter oder ein Föhn sein kann. Die Meßfühleranschlüsse sind mit einem Wasserfühler S verbunden.

Das bewegliche Element mit seinem ersten und zweiten Teil 9a und 9b hat am ersten Teil 9a einen Anschlag 10, der an den Federplatten 8a und 8b anliegt. Im Anschlag 10 sind Ausnehmun­ gen 10a und 10b entsprechend einem Vorsprung 11 ausgebildet, der in den Federplatten 8a und 8b vorgesehen ist. Wenn der Vorsprung 11 in die erste Ausnehmung 10a eingreift, sind die Kontakte 7a und 7b geschlossen, wie in Fig. 2 gezeigt. Wenn die beiden Meßfühleranschlüsse 5a und 5b miteinander elektrisch verbunden sind, sind die beiden in Fig. 2 und 4 einheitlich dargestellten Spulen 6a und 6b miteinander in Reihe geschaltet, und der erste Teil 9a des beweglichen Elements wird durch die Magnetkraft eines durch die beiden Spulen fließenden Stroms so bewegt, daß die zweite Ausnehmung 10b mit dem Vorsprung 11 in Berührung tritt, wie Fig. 4 zeigt. In diesem Moment werden die beiden Kontakte 7a und 7b geöffnet und die elektrische Verbin­ dung zwischen den Eingangsanschlüssen 3a und 3b und den Aus­ gangsanschlüssen 4a und 4b des Relais unterbrochen.

Wenn die Kontakte geschlossen sind, ist der erste Teil 9a des beweglichen Elements vom zweiten Teil 9b um die in Fig. 2 gezeigte Entfernung L getrennt. Diese Entfernung L entspricht dem Hub, um den der erste Teil aus einer ersten stabilen Stel­ lung, bei der der Vorsprung 11 in die erste Ausnehmung 10a ein­ greift, in eine zweite stabile Stellung bewegt wird, bei der der Vorsprung 11 mit der zweiten Ausnehmung 10b in Eingriff steht.

Der zweite Teil 9b des beweglichen Elements wird von einer Feder 12 ständig vom ersten Teil 9b weg gedrängt. Wenn also die elektrische Verbindung zwischen den beiden Meßfühlerkontakten unterbrochen wird, hat, anders als bei einem gewöhnlichen Relais, die Rückstellkraft keine Auswirkung auf die beiden Teile des beweglichen Elements. Wenn sich also der erste Teile in der zweiten stabilen Stellun befindet, wie in Fig. 4 gezeigt, wird die erste Ausnehmung 10b mit dem Vorsprung 11 in Eingriff gehalten. Wenn ein Ende E des zweiten Teils des beweg­ lichen Elements aus dem Relais herausgedrückt wird, wird auch der erste Teil 9a verschoben, und der in Fig. 4 dargestellte Zustand kehrt zu dem in Fig. 2 gezeigten Zustand zurück. Um zu verhindern, daß ein Benutzer von den beiden Eingangsanschlüssen und den beiden Ausgangsanschlüssen einen elektrischen Schlag bekommt, wenn das Elektrogerät ins Wasser fällt, müssen diese Anschlußteile wasserdicht gemacht werden. Folglich, sind, wie Fig. 8 zeigt, die Anschlußbereiche nach dem Verbinden der Anschlüsse mit Zuleitungen 13 mittels Lot 14 wasserdicht gemacht.

Ein Wasserfühler gemäß Fig. 10 und 11 ist in einem Lufteinlaß 16 und einem Luftauslaß 17 eines in Fig. 9 gezeigten Föhns untergebracht. Der Wasserfühler hat zwei Leiter 19a und 19b, die in einer in einem Gitter 18 aus Isoliermaterial gebildeten Nut 18a untergebracht sind, so daß die beiden Leiter 19a und 19b nicht miteinander in Berührung treten. An vielen Stellen kommen die beiden Leiter 19a und 19b einander jedoch bis auf 5 mm oder weniger nahe. Um die Leiter 19a und 19b in der Nut zu fixieren, sind diese Stellen, wie Fig. 13 zeigt, durch ther­ misch geschmolzenes Isoliermaterial 18b überdeckt. Die beiden Leiter sind mit den Meßfühleranschlüssen des Relais 1 verbun­ den. Da sich beide Leiter 19a und 19b des Wasserfühlers im Inneren des Elektrogeräts befinden, besteht keine Gefahr, daß man einen elektrischen Schlag erhält und das schöne Aussehen des elektrischen Gerätes ist auch nicht beeinträchtigt. Wenn dies Elektrogerät ins Wasser fällt, tritt Wasser durch den Lufteinlaß 16 oder den Luftauslaß 17 ein, und die Stromzufuhr wird sofort unterbunden.

Der Wasserfühler kann beispielsweise durch Anordnen von zwei Leitern auf einer gedruckten Schaltungstafel in Form eines Gitters verwirklicht sein, wie in Fig. 14 und 15 gezeigt.

Mit der Erfindung werden folgende Wirkungen erzielt: Der Öffnungszustand der Kontakte läßt sich mechanisch einhalten und kann jederzeit freigegeben werden.

Da bei einer Betätigung der Spule der ganze Schaltkreis zum unerregten Teil wird, kan es nicht zu einem elektrischen Schlag kommen, selbst wenn der Benutzer mit dem Elektrogerät in Be­ rührung gelangt, unmittelbar nachdem es wieder aus dem Wasser herausgezogen wurde, in das es hineingefallen war.

Gleichgültig, wie das Gerät gefallen ist, jegliches Eintauchen oder Untertauchen kann sofort festgestellt werden, da viele Punkte für die Wahrnehnung vorgesehen werden können.

Claims (3)

1. Relais, insbesondere in einem selbsttätigen Stromunter­ brecher, mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß, einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß, einem ersten und einem zweiten Meßfühleranschluß, einer ersten Spule, die mit einem Ende mit dem ersten Meßfühleranschluß verbunden ist, einer zweiten Spule, die mit einem Ende mit dem zweiten Meß­ fühleranschluß verbunden ist, einem ersten Kontakt zum Herstel­ len einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Eingangs­ anschluß und dem ersten Ausgangsanschluß, einem zweiten Kontakt zum Herstellen einer elektrischen Verbindung zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem zweiten Ausgangsanschluß, einer ersten und einer zweiten Federplatte zum Öffnen und Schließen der beiden Kontakte sowie mit einem beweglichen Element, welches bei Stromdurchfluß durch beide Spulen seine Position, bei der es an beiden Federplatten anliegt, ändert, so daß das Element die beiden Kontakte bei seiner Bewegung öffnet, wodurch der Strom durch beide Spulen fließt, wenn die Meßfühleranschlüsse miteinander elektrisch in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element einen ersten und einen zweiten Teil (9a, 9b) aufweist, die voneinander getrennt sind, und daß der erste Teil (9a) zwischen einer ersten stabilen Stellung, die einem Zustand entspricht, bei dem beide Kontakte geschlossen sind, und einer zweiten stabilen Stellung bewegbar ist, die einem Zustand entspricht, bei dem die beiden Kontakte offen sind, während eine Anlage gegen beide Federplatten (8a, 8b) besteht, und daß der zweite Teil (9b) geeignet ist, durch Aufbringen einer Kraft von außen den ersten Teil so zu schie­ ben, daß der erste Teil sich aus der zweiten stabilen Stellung in die erste stabile Stellung bewegt, und daß der zweite Teil (9b) ständig von einer Feder (12) vom ersten Teil (9a) weg vorgespannt ist, und daß der erste und zweite Teil voneinander eine Entfernung (L) haben, die einem Hub des ersten Teils ent­ spricht, wenn dieser sich in der ersten stabilen Stellung be­ findet, und daß der erste Teil (9a) des beweglichen Elements durch die Magnetkraft der Spule aus der ersten in die zweite stabile Stellung bewegbar ist, wenn die Meßfühleranschlüsse (5a, 5b) elektrisch miteinander in Verbindung stehen.

2. Selbsttätiger Stromunterbrecher, dadurch gekennzeichnet, daß er so gestaltet ist, daß eine Stromquelle mit dem ersten und zweiten Eingangsanschluß (2a, 3b) des Relais (1) gemäß Anspruch 1 verbunden ist, und daß ein Verbraucher mit dem ersten und zweiten Ausgangsanschluß (4a, 4b) verbunden ist, wobei die anderen Enden der ersten und zweiten Spule (6a, 6b) mit dem ersten bzw. zweiten Ausgangsanschluß (4a, 4b) verbunden sind, und daß mit dem ersten und zweiten Meßfühleranschluß (5a, 5b) ein Wasserfühler (S) verbunden ist, der leitend ist, wenn er untergetaucht ist.

3. Wasserfühler, insbes. in einem selbsttätigen Stromunter­ brecher, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Gitter (18) aufweist, welches aus einem Isolator (18b) und zwei Leitern (19a, 19b) gebildet ist, die voneinander isoliert und im Gitter so angeordnet sind, daß sie eine Viel­ zahl von Wasser wahrnehmenden Punkten bilden, die jeweils aus einer Stelle bestehen, an der die beiden Leiter einander bis auf einen Abstand von 5 mm oder weniger angenähert sind, wobei die beiden Leiter beim Eintauchen der Wasser wahrnehmenden Punkte elektrisch verbindbar sind, um ein Eintauchen oder Wasser festzustellen.